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实验13 运输层端口
一、实验目的
本次实验旨在验证TCP和IP运输层端口号的作用，深入理解它们在网络通信中的重要性。通过实验，我将探讨端口号如何帮助区分不同的应用程序和服务，使得在同一台主机上能够同时运行多个网络服务而不发生冲突。此外，我将学习如何使用工具和命令来监测和分析端口的状态，了解各个端口号对应的服务类型，从而增强对网络协议的理解和应用能力。
二、实验环境
Cisco Packet Tracer模拟器
三、实验过程
1.构建网络拓扑，并在对应的主机或者服务器旁边写好需要配置的IP地址的注释，网络拓扑以及注释如图1所示。
图1 构建网络拓扑并写好注释
2.首先对Web服务器进行IP配置，IP地址为192.168.0.3，地址掩码为255.255.255.0，如图2所示。
图2 配置Web服务器IP地址
3.然后为DNS服务器配置IP地址并开启DNS服务器，如图3所示。
图3 开启DNS服务
4.为PC配置IP地址，如图4所示。
图4 PC的IP配置
5.使用ping命令测试PC和DNS服务器之间是否成功通信，如图5所示。
图5 PC-DNS通信测试
6.使用ping命令测试PC和Web服务器之间是否成功通信，如图6所示。
图6 PC-Web通信测试
7.切换到仿真模式，并且过滤协议，只保留DNS和http协议，如图7所示。
图7 只保留DNS和HTTP协议
8.通过PC在网页浏览器中访问Web服务器，首先去访问DNS服务器，如图8所示。
图8 浏览器中输入服务器的网址
9.首先查看主机上的PDU信息，如图9所示，再点击捕获前进，数据报来到交换机，经过转发到达DNS服务器，查看DNS服务器的PDU的信息，如图10所示。DNS服务器收到一个DNS查询，所查询的名字进行本地解析，DNS服务器找到一个带有该名字的域名，并将其封装在响应报文中，并使用UDP进行封装，使其成为UDP用户数据报，然后后面就是经过网络层，数据链路层以及物理层，最后再发送出去。
图9 主机中的PDU信息
图10 服务器中的PDU信息
10.主机PC收到DNS服务器传回来的响应，DNS客户端收到一个DNS响应，接收到的DNS响应包含一个对所请求域名的IP地址解析，也就是Web服务器的IP地址，即是192.168.0.3.如图11所示。
图11 PC中的PDU信息
11.此时主机就可以通过获取到的IP地址就可以访问Web服务器，使用的是HTTP协议，因为应用层协议HTTP使用的是运输层的TCP，并且TCP是面向连接的，所以发送之前必须建立TCP连接（三报文握手）然后，主机PC再将HTTP请求传送给Web服务器。点击捕获前进，查看主机上的HTTP请求PDU信息。如图12所示。当HTTP请求到达Web服务器时，再次查看Web服务器上的PDU信息，如图13所示。
图12 主机HTTP请求的PDU信息
图13 Web服务器上的PDU信息
- Web服务器再将响应报文传回主机PC，HTTP客户端收到来自服务器的HTTP响应，HTTP客户端中的PDU信息，如图14所示。HTTP客户端进程从HTTP响应报文中提取出网页内容，并在网页浏览器中显示网页，如图15所示。
图14 主机中的PDU信息
图15 网页浏览器的显示
四、实验小结
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端口号用于区分不同的应用进程：在TCP/IP协议栈中，运输层通过端口号来区分不同的应用进程或服务。端口号是一个16位的数字，范围从0到65535，每个端口号对应特定的应用服务。例如，HTTP协议通常使用端口80，HTTPS使用端口443，而DNS则使用端口53。通过端口号，计算机能够明确将数据传递给哪个正在运行的应用程序。每个应用程序通过绑定一个特定的端口号来等待来自其他计算机的数据。
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端口号与传输层协议数据单元（PDU）头部的映射：在TCP/IP协议栈中，数据传输过程中使用运输层的协议数据单元（PDU），如TCP段或UDP数据报。这些PDU的头部包含源端口号和目的端口号字段，用于指明数据包的发送和接收应用进程。源端口号标识发送端的应用程序，而目的端口号则标识接收端的应用程序。
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端口号的作用在于确保数据的准确传输：端口号不仅帮助区分不同的应用进程，还能确保在同一设备上运行的多个应用之间的通信不会发生冲突。每当计算机接收到一个数据包时，操作系统会根据目的端口号将数据交付给相应的应用进程。例如，Web浏览器会监听端口80或443，并接收发送到这些端口的数据包。如果没有端口号，操作系统将无法确定应将数据发送到哪个进程，从而可能导致通信失败。